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Un physicien a quantifié la quantité d’informations dans tout l’univers observable

Un physicien a quantifié la quantité d’informations dans tout l’univers observable
Un physicien a quantifié la quantité d’informations dans tout l’univers observable

Pour tenter de comprendre la nature même de notre réalité, les physiciens ont certainement des théories hallucinantes. Et si l’information était un aspect tangible et fondamental de la réalité physique elle-même – aux côtés de la matière et de l’énergie ? Ou, alternativement, et si l’information était le cinquième état de la matière ?

L’information est, après tout, quelque chose que toute matière et toute énergie possèdent de manière mesurable. Les règles qui régissent leur existence, comme leur masse, leur vitesse ou leur charge, sont autant d’informations qu’elles contiennent.

Ainsi, pour permettre le sondage expérimental de telles idées, le physicien Melvin Vopson de l’Université de Portsmouth au Royaume-Uni a estimé la quantité d’informations qu’une seule particule élémentaire, comme un électron, stocke sur elle-même. Il a ensuite utilisé ce calcul pour estimer la quantité stupéfiante d’informations contenues dans l’ensemble de l’Univers observable.

“C’est la première fois que cette approche est adoptée pour mesurer le contenu informationnel de l’Univers, et elle fournit une prédiction numérique claire”, a déclaré Vopson.

Vopson a estimé que chaque particule de l’Univers observable contient 1,509 bits d’information, en utilisant la théorie de l’information de Claude Shannon.

Cette théorie lie l’entropie – la quantité d’incertitude dans un système – à l’information : le contenu d’information d’un message est une mesure de la quantité d’incertitude réduite par le message. Mais différents types de messages ont des valeurs différentes.

Par exemple, le résultat (le message) d’un tirage au sort équitable a 1 bit d’information : cet événement était pile, pas pile. Si la pièce était à double tête, le résultat attendu de face a 0 bits d’information, car il n’ajoute rien de nouveau à ce que nous savions déjà.

Mais si la pièce est biaisée vers pile et que vous vous retrouvez avec pile, ce résultat surprenant fournit un peu plus d’informations qu’un événement de routine de 1 bit : cet événement était pile et il n’était pas prévu.

Vopson a appliqué ces calculs d’entropie d’information à la masse, à la charge et au spin des protons, des neutrons (et de leurs quarks qui les composent) et des électrons, pour arriver à son estimation de la quantité d’informations qu’ils contiennent.

Ensuite, en utilisant des estimations du nombre de ces particules existantes, il l’a multiplié à l’ensemble de l’Univers.

Le résultat était autour d’un 6 suivi d’un nombre stupéfiant de 80 zéros dans les bits d’information, ce qui est en fait inférieur aux estimations précédentes. Mais Vopson s’y attendait, étant donné que les calculs passés tentaient de rendre compte de l’univers entier, alors qu’il limitait ses calculs aux parties observables uniquement – ​​à l’exclusion des antiparticules et des forces (comme les bosons légers).

“Nous avons considéré tous les bosons comme des particules de force/interaction responsables du transfert d’informations, plutôt que du stockage d’informations”, écrit Vopson. “Nous postulons que les informations ne peuvent être stockées que dans des particules stables et ayant une masse au repos non nulle, tandis que les bosons porteurs d’interaction/force ne peuvent transférer des informations que via une forme d’onde.”

Il n’a pas non plus inclus de particules ou d’antiparticules instables, étant donné que leur durée de vie est extrêmement courte, « leur observation n’est donc possible que via des conditions expérimentales créées artificiellement ou théoriquement », écrit-il. « Par conséquent, leur participation à l’Univers observable est négligeable et, par extrapolation, leur capacité à enregistrer des informations est également négligeable.

“Mais il est important de mentionner que l’information pourrait également être stockée sous d’autres formes, y compris à la surface du tissu spatio-temporel lui-même, selon le principe holographique.”

L’idée que l’information est physique existe depuis les années 1920. Depuis, des expériences ont démontré un lien entre la théorie de l’information et la thermodynamique, et ont conduit à l’idée folle que l’Univers est simulé en 3D à partir d’une réalité 2D.

“Ces théories radicales sont basées sur le principe selon lequel l’information est physique, l’information est enregistrée par des systèmes physiques et tous les systèmes physiques peuvent enregistrer des informations”, explique Vopson.

S’appuyant sur cela, Vopson avait précédemment proposé que l’information pourrait être un cinquième état de la matière, aux côtés du solide, du liquide, du gaz et du plasma, et encore plus sauvagement, cette information pourrait être la matière noire que les physiciens recherchent.

Ces nouveaux calculs pourraient aider à tester ces hypothèses étranges et fascinantes.

“L’approche actuelle offre un outil unique pour estimer le contenu d’information par particule élémentaire, ce qui est très utile pour concevoir des expériences pratiques pour tester ces prédictions”, conclut Vopson.

En outre, si la lumière peut être une particule et que les états physiques peuvent être indéterminés jusqu’à ce qu’ils soient observés, pourquoi diable l’information ne pourrait-elle pas être une partie physique et fondamentale de l’Univers ?

Cette recherche a été publiée dans Avances AIP.

 
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